從物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)專利分析與技術(shù)結(jié)合看未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

周鵬志　韓宇

摘 要：研究以物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專利分析與技術(shù)結(jié)合，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，分析未來個(gè)人終端的發(fā)展趨勢，為我國未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑提供建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；HoloLens；專利；

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

資訊與網(wǎng)路科技進(jìn)步迅速，從最初為行政辦公及工商業(yè)應(yīng)用的網(wǎng)際網(wǎng)路及自動化系統(tǒng)，演變成在生活中隨處都可以見到這些科技的應(yīng)用，網(wǎng)際網(wǎng)路也明顯的普及化，直到現(xiàn)在家家戶戶都有網(wǎng)路地覆蓋。人們開始追求更便利、更美好的生活環(huán)境，便開始研究起將行動裝置、App 與行動網(wǎng)路應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、機(jī)器自動化、智能居家等，這些應(yīng)用面都會用到物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， IoT），而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)的普及提供了新的契機(jī)，2015年1月26日微軟發(fā)布了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備全息眼鏡HoloLens[1]，Hololens是一套在現(xiàn)實(shí)場景中顯示全息圖像的設(shè)備，而這些虛擬全息圖像是可以被使用者用手勢控制與遠(yuǎn)程設(shè)備和環(huán)境互動的，對未來物聯(lián)網(wǎng)地發(fā)展十分有利。研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專利分析研究，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，從專利看布局，從平臺看發(fā)展，分析未來個(gè)人智能終端設(shè)備的發(fā)展趨勢，為我國未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑提出建議。

1 物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特性

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念與特性

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， IOT），最早的概念是出現(xiàn)在 1995 年比爾蓋茨所撰寫的《未來之路》（《The Road Ahead》）[2]一書中，書中提到遺失的物件會發(fā)訊息給用戶，告知其所在位置。這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)嶄新的科技概念，以目前的科技發(fā)展來看，尚未完全發(fā)展完成，無法普遍的運(yùn)用此種概念，但也利用此概念發(fā)展出利用電子標(biāo)等技術(shù)來鎖定貨物所在位置，應(yīng)用在供應(yīng)鏈、貨運(yùn)、物流等行業(yè) 。接著在 1999 年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的 Kevin Ashton 教授提到將 RFID 及感測器應(yīng)用于日常生活中，將物品標(biāo)記應(yīng)用[3]。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)的概念早在 1995 年開始就已經(jīng)提出許多應(yīng)用模式，主要方式是透過感測器嵌入電網(wǎng)、建筑等環(huán)境，或是物件中，由網(wǎng)際網(wǎng)路連通，并以特定的程式達(dá)成遠(yuǎn)端操作[4，5]。

近年網(wǎng)際網(wǎng)路越來越發(fā)達(dá)，云端技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟，使物聯(lián)網(wǎng)由云端技術(shù)產(chǎn)生更多的應(yīng)用面。在2010年，物聯(lián)網(wǎng)被視為快速發(fā)展的技術(shù)，其中也包含近年來提倡的智能城市，以及未來的車聯(lián)網(wǎng)等[6]。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有三大特征：多種多樣的數(shù)據(jù)采集、無所不在的傳輸網(wǎng)路及智能化云端后臺數(shù)據(jù)處理。而在 2005 年由國際電信聯(lián)盟 （International Telecommunication Union， ITU）發(fā)布的報(bào)告中提出，物聯(lián)網(wǎng)是指在網(wǎng)際網(wǎng)路的時(shí)代中，網(wǎng)際網(wǎng)路不再只是人與人的互相聯(lián)絡(luò)，也可以達(dá)成人與物地溝通和物與物之間地控制及獲取資訊（ITU 2005）[7]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，其中涵蓋了三大范疇，分別是人與人、人與物以及物與物。

（1）人與人

人與人之間通過手機(jī)、電腦等隨身裝置（智能手機(jī)、平板電腦等）來進(jìn)行溝通。

（2）人與物件

人們可以通過隨身裝置操作感應(yīng)器、伺服器等設(shè)備來控制遠(yuǎn)端物件，達(dá)到人與物件間地交流。

（3）物件與物件

利用感測元件（RFID 標(biāo)簽、感應(yīng)器等）、伺服器、處理器等設(shè)備來進(jìn)行物與物之間地控制及感應(yīng)。

依據(jù)上述三維度及三個(gè)范疇所表達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)，意在任何時(shí)間、地點(diǎn)、物件，人與人、人與物、物與物之間都能相互溝通、操作。而依據(jù)上述資料推論物聯(lián)網(wǎng)的定義為：不論何時(shí)何地、不論使用何種物件，只要透過感測（收發(fā)）元件或網(wǎng)際網(wǎng)路達(dá)成人與物件、物件與物件間的雙向交流即可稱為物聯(lián)網(wǎng)[8]。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality Technique，AR），是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”。它將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或關(guān)于真實(shí)物體的非幾何信息疊加到真實(shí)世界的場景之上，實(shí)現(xiàn)了對真實(shí)世界的增強(qiáng)[9]。我們以具體產(chǎn)品來分析更容易理解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢，本研究以微軟的HoloLens（如圖2）為例，HoloLens效果不像虛擬現(xiàn)實(shí)那樣讓用戶進(jìn)入一個(gè)完全由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，而是通過在眼鏡上的攝像頭掃描建模當(dāng)前環(huán)境，呈現(xiàn)逼真的全息影像，將虛擬物體疊加到真實(shí)世界的場景中“升維”現(xiàn)實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的增強(qiáng)感，讓用戶在不脫離周邊環(huán)境的情況下享受數(shù)字生活，由于與真實(shí)世界的聯(lián)系并未切斷，交互方式也就顯得更加自然。

其增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性就是：虛實(shí)結(jié)合、三維建模、實(shí)時(shí)交互。

（1）三維感知能力，可以對身邊的三維場景進(jìn)行建模。

（2）三維渲染能力，建模后具體化場景。

（3）人機(jī)交互能力，可以用手勢來進(jìn)行控制。

正因?yàn)槠涑摤F(xiàn)實(shí)又不脫離現(xiàn)實(shí)的特殊屬性，使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來有廣闊的應(yīng)用前景。

2 物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴技術(shù)的相關(guān)專利分析

2.1 專利分析工具

因發(fā)明類專利為提出申請后18個(gè)月強(qiáng)制公開（世界各國略有不同），故專利資料目前為已公開、已核準(zhǔn)資料，可推估2015 年公開的資料，可能為2013、2014年所申請，基于公開日的限制，2014、2015年資料并非完全符合，但可大致了解2014年前的脈絡(luò)。分析重點(diǎn)為申請量、專利申請/申請權(quán)人、國家等信息。

本研究專利文獻(xiàn)分析部分，使用 Web of Science（http：//webofknowledge.com/）的 Derwent Innovations Index SM 資料分析及 Thomson Innovation 的分析工具。

2.2 專利分析關(guān)鍵詞

2.3 專利分析

2.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專利分析

從表1上看，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的三項(xiàng)專利：物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器對機(jī)器、智能系統(tǒng)中排在前面的有美國、中國、日本和韓國，其次是歐盟和其他國家。美國不但在份額上占優(yōu)勢，而且專利分布均勻，布局完整。中國在這幾項(xiàng)專利方面緊隨其后，尤其對智能系統(tǒng)的發(fā)展十分重視，正處在快速發(fā)展時(shí)期。日本和韓國在物聯(lián)網(wǎng)方面也各有千秋，在世界范圍內(nèi)也是名列前茅，頗有值得借鑒之處。綜上所述，我國在物聯(lián)網(wǎng)布局方面有待加強(qiáng)，也要做好頂層規(guī)劃與核心技術(shù)的加強(qiáng)。

2.3.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利分析

從表1中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面可以明顯看出美國和韓國在這方面的優(yōu)勢，其中美國掌握大部分技術(shù)專利，且專利轉(zhuǎn)化率很高，已經(jīng)做出類似HoloLens這樣的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品。比較意外的是占據(jù)第二位的是韓國，卻以此可以看出韓國對此項(xiàng)技術(shù)的重視程度。日本的份額雖然不多，但依舊憑借相機(jī)成像技術(shù)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中站穩(wěn)腳跟。我國在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)專利方面仍處于初級發(fā)展階段，距離發(fā)達(dá)國家仍有差距，卻不妨礙現(xiàn)在開始打好基礎(chǔ)，平衡發(fā)展，做好布局規(guī)劃，尤其是對核心技術(shù)的扶持。

3 未來個(gè)人智能終端的發(fā)展趨勢與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

3.1 未來個(gè)人智能終端的發(fā)展趨勢

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴設(shè)備Hololens打破了數(shù)字計(jì)算機(jī)十多年來的小型化發(fā)展瓶頸。在過去，臺式機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等，這些產(chǎn)品的顯示器一般都被玻璃的物理邊界所限制著。傳統(tǒng)的人機(jī)交互，主要是通過鍵盤和觸摸，包括并不能被精確識別的語音等。Hololens的出現(xiàn)，則給新一代體驗(yàn)更好的人機(jī)交互指明道路，不再爭取用戶對屏幕的注意力而是對視網(wǎng)膜的注意力，讓用戶帶上眼鏡而不是去特意看某個(gè)屏幕。HoloLens將昔日的2D界面轉(zhuǎn)化成3D全息投影。HoloLens這款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴技術(shù)產(chǎn)品使穿戴者同時(shí)擁有現(xiàn)實(shí)、擴(kuò)展實(shí)境（在現(xiàn)實(shí)世界中疊合平面虛擬物件）和虛擬實(shí)境（立體的虛擬世界）。與電腦、手機(jī)相比，其信息交互的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)、持續(xù)地獲取場景以及支持更自然的手勢輸入。與個(gè)人電腦和智能手機(jī)相比其特點(diǎn)比較如表2所示。

3.2 現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)可穿戴設(shè)備將是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新契機(jī)

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)可穿戴設(shè)備平臺上是采用什么方式實(shí)現(xiàn)呢？以微軟的HoloLens為例（圖4）。例如，在家中引導(dǎo)監(jiān)測無人駕駛汽車送孩子上學(xué)，控制智能家居設(shè)備對房間的溫度與濕度隨時(shí)檢測，在墻上獲取短信消息，與在幾千公里外的總部進(jìn)行實(shí)景會議，你的一舉一動，每個(gè)表情，都會被數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偛亢筮M(jìn)行虛擬場景還原，總部那邊也一樣。家庭設(shè)備壞了，再也不需要去預(yù)約修理，會有技師手把手教你怎么做，與真人在你身邊無異。大部分需要人與人之間進(jìn)行實(shí)地交流的場景，都可以被Hololens所接管，所有的情感交流、商務(wù)會議、客服維修、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、在線教育，頓時(shí)變得簡單、低成本化了?？梢哉f這是物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的完美結(jié)合，從物聯(lián)網(wǎng)過去的平面控制過渡到具體場景生動的立體控制，這種新的技術(shù)結(jié)合使人與人、人與物、物與物的信息交互方式產(chǎn)生變革，未來的物聯(lián)網(wǎng)必定搭載在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可穿戴設(shè)備上。

4 探討適合我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑

核心靠技術(shù)，發(fā)展靠平臺。將物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合作為一個(gè)整體來看，對于未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)、學(xué)、研都有好處。這樣定位也更容易認(rèn)清自身發(fā)展布局的不足，然后參照發(fā)達(dá)國家，結(jié)合自身特點(diǎn)，重點(diǎn)發(fā)展核心技術(shù)領(lǐng)域。參考發(fā)達(dá)國家的不足之處，甚至可以在某些領(lǐng)域超越對方。

加大政策扶持力度，加強(qiáng)企業(yè)專利知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，為未來國際化接軌做準(zhǔn)備。

加強(qiáng)人才培養(yǎng)，強(qiáng)化企業(yè)自主創(chuàng)新意識，尤其在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等方面提前布局，搶占技術(shù)制高點(diǎn)。

進(jìn)一步放寬政策，加快產(chǎn)學(xué)研相互融合，促進(jìn)企業(yè)專利科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，如智能交通，智能工業(yè)，智能物流等。將技術(shù)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)業(yè)效益做為企業(yè)發(fā)展的潛力。

5 結(jié) 語

本研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專利分析研究，并以微軟全息眼鏡HoloLens為例，分析未來個(gè)人終端的發(fā)展趨勢，為我國未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供政策建議。專利數(shù)據(jù)表明物聯(lián)網(wǎng)作為近幾年的下一個(gè)產(chǎn)業(yè)浪潮，已經(jīng)近在眼前。將目光放長遠(yuǎn)，物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)結(jié)合是符合未來發(fā)展規(guī)律的。相信在不久的將來，類似HoloLens的物聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品必將對現(xiàn)有的信息交互方式產(chǎn)生沖擊，并走進(jìn)人們的日常生活，而我們需要提前布局，迎頭趕上，在這個(gè)全新的領(lǐng)域，讓中國企業(yè)占有一席之地，爭取在下一個(gè)個(gè)人智能移動終端時(shí)代市場分一杯羹。

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